(57)【要約】      （修正有）【課題】燃料電池に使用される省エネ水回収循環システムの提供。【解決手段】燃料電池モジュール３０の運転時に生成される水蒸気は冷却されて復水器２０に回収され、水槽１２に貯留され、燃料電池に循環して再使用される。水槽１２に貯留された水、及び燃料槽１５に貯留された燃料は、それぞれ第１のスロットルバルブ１３及び第２にスロットルバルブ１６を介して、第１のポンプ１４により混合槽４０に送られて貯留され、混合槽４０の燃料は、第２のポンプ５０により燃料電池モジュールに送られる。混合槽４０内の燃料は、温度御及び水位センサーと接続したマイクロコントロールにより、第１、第２のバルブを介して水位と濃度に応じて燃料槽と水槽とから混合槽に供給することにより、第１のポンプの駆動時間を最小限に留めることが出来る。【選択図】図１
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【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池モジュールの運転時に発生する水蒸気を冷却して水を回収する復水器、
該復水器によって回収した水を貯留する水槽、
燃料槽、
該水槽の水及び該燃料槽の燃料を供給されて混合する混合槽、
及び該混合槽で混合された燃料の供給を受けて運転する燃料電池モジュールを備え、
さらに、該水槽に接続される第１のスロットルバルブと該燃料槽に接続される第２のスロットルバルブに接続されて水及び燃料を混合槽に供給する第１のポンプ、及び該混合槽内で混合された燃料を燃料電池モジュールに供給する第２のポンプを備えると共に、
該混合槽内に水位センサー及び濃度センサーを設けてその検出値により、第１、第２のポンプ及び第１、第２のバルブを制御するマイクロコントローラユニットを設けて、
第２ポンプによる燃料電池モジュールの運転制御すると共に、混合槽内の水位及び燃料濃度の検出データに応じて第１のポンプの駆動、及び上記の第１、第２のスロットルバルブを介して水と燃料の配分制御を行うことにより、
該混合槽内の水位及び燃料濃度を制御することを特徴とする、
燃料電池に使用される水回収循環システム。
【請求項２】
前記復水器と水槽との間には、集水槽が設けられたことを特徴とする請求項１記載の燃料電池に使用される水回収循環システム。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本考案は、燃料電池に使用される水回収循環システムに関し、特に燃料濃度の検知および水位の制御によって、燃料電池の運転時における水とアルコールとの混合比率を好適な比率に保つことができる燃料電池に使用される水回収循環システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池システムにおける水の補充は、燃料電池システムの運転時に反応の進行と共に水が消耗され、また燃料電池のメチルアルコール濃度を一定濃度に維持するためにも、極めて重要であり、そのために技術者は今までに多くの構造を案出した。しかし、燃料電池の制御ユニットにおいて、メチルアルコールおよび水はそれぞれ異なるポンプの駆動によって吸引されるが、この方法はエネルギーを浪費するだけでなく、ポンプの価格は高いのでコストが増加する。さらに、補充される燃料量は常に一定というわけではないので、アルコールおよび水の補充の順番においても問題が発生し、適切な量の水をエチルアルコールと合わせて燃料槽を満たし、同時に一定濃度を保持するための制御方法は非常に複雑なものとなる。
【０００３】
一般にエチルアルコールまたは水の補充制御は、ポンプの運転時間、または電磁バルブの開閉およびポンプの運転によって制御が行われるが、先にメチルアルコールを補充するにしても水を補充するにしても、先に一方を補充し、次に他方を所定濃度になるまで補充して行われる。しかし、燃料電池に必要な濃度を確保し、同時に燃料槽をいっぱいにするのは難しく、水位センサを加えて燃料電池の制御ユニットに液面の高低を検知させ、燃料槽全体が必要な補充量を計算し、それに基づいてメチルアルコールおよび水の補充量を配分することによって、上述の問題はおよそ解決できるが、全体のコストが非常に高くなる。そこで従来技術の欠点を改善する必要があった。
【特許文献１】特開２００６−７９９５６号公報
【特許文献２】特開２００５−１０８７１８号公報
【考案の開示】
【考案が解決しようとする課題】
【０００４】
本考案の第１の目的は、スロットルバルブに制御ユニットおよび燃料濃度センサが加わることにより、即時に燃料および水を一定濃度に維持させることができ、さらに燃料槽内の液面高度を常に保持できる燃料電池に使用される水回収循環システムを提供することにある。
本考案の第２の目的は、通常状態の下ではスロットルバルブが開放されて混合槽への入水が行われ、燃料濃度が所定値よりも低いとき、制御ユニットが他のスロットルバルブを開放して燃料を混合槽に進入させ、さらに入水のスロットルバルブを閉じるか、または入水のスロットルバルブを閉じることだけを行って燃料濃度を維持し、従来技術における異なるポンプをそれぞれ駆動するためにコストおよび消費エネルギが多くなる欠点を解決する燃料電池に使用される水回収循環システムを提供することにある。
本考案の第３の目的は、復水器を利用して燃料電池の運転時に生成される水蒸気を冷却して水にし、その水分を回収し、循環させて再利用する燃料電池に使用される水回収循環システムを提供することにある。
本考案の第４の目的は、本考案の構造によって安定性を高めることができる燃料電池に使用される水回収循環システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上述の課題を解決するために、請求項１の考案は、復水器によって復水器に接続された燃料電池モジュールの運転時に生成される水分が回収され、復水器が水蒸気を冷却して生成した水を収容する水槽と、水槽に接続される第１のスロットルバルブと、第１のスロットルバルブに接続され、第１のスロットルバルブを通して水分を吸引する第１のポンプと、燃料が貯蔵される燃料槽と、燃料槽に接続される第２のスロットルバルブと、第１のポンプに接続され、第１のポンプが吸引した水と燃料との混合液が注入される混合槽と、混合槽に接続され、混合液を吸引して燃料電池モジュールに輸送し、好適な濃度の燃料を燃料電池モジュールに提供する第２のポンプと、を備え、第２のスロットルバルブも第１のポンプに接続され、燃料槽に貯蔵された燃料も第１のポンプによって吸引され、混合槽内には濃度センサおよび水位センサが設けられ、それぞれ混合槽内の燃料濃度および混合液の混合槽内における高度を検知し、第１のスロットルバルブ、第１のポンプ、第２のスロットルバルブ、第２のポンプ、濃度センサおよび水位センサはマイクロコントローラユニットに接続され、マイクロコントローラユニットは、濃度センサが検知した燃料濃度データの受信または読取りおよび水位センサが検知した混合槽内の液面高度のデータの受信または読取りを行い、そのデータに基づき、第１のスロットルバルブ、第１のポンプ、第２のスロットルバルブ、第２のポンプの作動を制御し、燃料槽の燃料濃度を即座に調整することを特徴とする燃料電池に使用される水回収循環システムである。
【０００６】
請求項２の考案は、復水器と水槽との間には、集水槽が設けられることを特徴とする請求項１記載の燃料電池に使用される水回収循環システムである。
【考案の効果】
【０００７】
マイクロコントローラユニットが水位センサからのデータを受信し、混合槽の液面高度が所定の高度に到達していないことを検知したとき、第１のスロットルバルブは開いた状態を保持し、第１のポンプは第１のスロットルバルブから水分を吸引して混合槽へと流す。しかし、混合槽に進入する水が増加して燃料濃度が低下し、マイクロコントロールユニットが濃度センサを通じて混合槽内の燃料濃度が所定値未満になったことを検知したとき、マイクロコントロールユニットは第２のスロットルバルブを開き、燃料槽に貯蔵された燃料も第１のポンプに吸引されて混合槽内に注入され、燃料濃度が上昇し、混合槽内の燃料濃度が所定値まで回復したとき、マイクロコントローラユニットは第２のスロットルバルブを閉じ、混合槽内の燃料濃度が固定値よりも高くなるのを防ぐ。マイクロコントローラユニットが水位センサを通じて混合槽内の液面高度が所定高度に達したという信号を受信したとき、第１のスロットルバルブを閉じ、さらに第１ポンプの運転を停止するか、第１ポンプの運転停止だけを行い、第１ポンプが水分を吸引して混合槽に送るのを停止し、第１のポンプが空運転してエネルギーを浪費するのを防ぐ。
【考案を実施するための最良の形態】
【０００８】
本考案の長所、目的、技術特徴および効果を示す実施例を図に沿って詳細に下記に示す。
【０００９】
図１，２に示すように、本考案は、復水器２０によって復水器２０に接続された燃料電池モジュール３０（プリント基板を用いて製造され、化学反応によって電力を生成する）の運転時に生成される水分（復水器２０が燃料電池モジュール３０が運転時に生成する水蒸気を冷却することによって生成される）が回収され、燃料電池に再使用される水回収循環システム１０である。本考案による燃料電池に使用される水回収循環システム１０は、水蒸気が復水器２０によって冷却されて生成された水を集める集水槽１１と、集水槽１１に連通し、復水器２０が水蒸気を冷却して生成した水を収容する水槽１２（水槽１２に上述の集水槽１１の作用を備えさせ、集水槽１１を設置しない形態にすることもできる）と、水槽１２に接続される第１のスロットルバルブ１３と、第１のスロットルバルブ１３に接続され、第１のスロットルバルブ１３を通して水分を吸引する第１のポンプ１４と、燃料（エチルアルコールなど）が貯蔵される燃料槽１５と、燃料槽１５に接続される第２のスロットルバルブ１６と、第１のポンプ１４に接続され、第１のポンプ１４が吸引した水と燃料との混合液（以下混合液と称す）が注入される混合槽４０と、混合槽４０に接続され、混合液を吸引して燃料電池モジュール３０に輸送し、好適な濃度の燃料を燃料電池モジュール３０に提供する第２のポンプ５０と、を備える。
【００１０】
第２のスロットルバルブ１６も第１のポンプ１４に接続され、燃料槽１５に貯蔵された燃料も第１のポンプ１４によって吸引される。混合槽４０内には濃度センサ４１および水位センサ４２が設けられ、それぞれ混合槽４０内の燃料濃度および混合液の混合槽４０内における水準を検知する。第１のスロットルバルブ１３、第１のポンプ１４、第２のスロットルバルブ１６、第２のポンプ５０、濃度センサ４１および水位センサ４２はマイクロコントローラユニット６０に接続され、マイクロコントローラユニット６０は検知したデータの受信または／および制御、或いは作動状態の制御を行う。つまり、マイクロコントローラユニット６０は、濃度センサ４１が検知した混合槽４０内の燃料濃度データおよび水位センサ４２が検知した混合槽４０内の液面水準データの受信または読取りを行い、そのデータに基づき第１のスロットルバルブ１３、第１のポンプ１４、第２のスロットルバルブ１６、第２のポンプ５０の作動（例えば、マイクロコントローラユニット６０がパルス変調信号を送信して第１のスロットルバルブ１３、第１のポンプ１４、第２のスロットルバルブ１６および第２のポンプ５０のデューティサイクルを調整する）を制御する。
【００１１】
本実施例において、マイクロコントローラユニット６０が水位センサ４２からのデータを受信し、混合槽４０の液面水準が所定の高さ（例えば、満水またはシステムが予め設定した水準など）に到達していないことを検知したとき、第１のスロットルバルブ１３は開いた（開放）状態を保持し、第１のポンプ１４は第１のスロットルバルブ１３から水分を吸引して混合槽４０へと流す。
【００１２】
しかし、混合槽４０に進入する水が増加して燃料濃度が低下し、マイクロコントロールユニット６０が濃度センサ４１を通じて混合槽４０内の燃料濃度が所定値未満になったことを検知したとき、マイクロコントロールユニット６０は第２のスロットルバルブ１６を開き（開放）、燃料槽１５に貯蔵された燃料も第１のポンプ１４に吸引されて混合槽４０内に注入され、燃料濃度（一般に燃料電池の燃料濃度は固定値である）が上昇し、混合槽４０内の燃料濃度が所定値まで回復したとき、マイクロコントローラユニット６０は第２のスロットルバルブ１６を閉じ（閉鎖）、混合槽４０内の燃料濃度が固定値よりも高くなるのを防ぐ。
【００１３】
マイクロコントローラユニット６０が水位センサ４２を通じて混合槽４０内の液面水準が所定高さ（満水またはシステムが予め設定した高さなど）に達したという信号を受信したとき、第１のスロットルバルブ１３を閉じ（閉鎖）、さらに第１ポンプ１４の運転を停止するか、第１ポンプ１４の運転停止だけを行い、第１ポンプ１４が水分を吸引して混合槽４０に送るのを停止し、第１のポンプ１４が空運転してエネルギーを浪費するのを防ぐ。
【００１４】
本考案は未公開である。
【００１５】
上述の詳細な説明は本考案を制限するものではなく、本考案の主旨を逸脱しない範囲において各種の変更、修飾および応用を行うことができ、それらも全て本考案の権利範囲に含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本考案の第１の実施例を示すブロック図である。
【図２】本考案の第２の実施例を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００１７】
１０  燃料電池に使用される水回収循環システム
１１  集水槽
１２  水槽
１３  第１のスロットルバルブ
１４  第１のポンプ
１５  燃料槽
１６  第２のスロットルバルブ
２０  復水器
３０  燃料電池モジュール
４０  混合槽
４１  濃度センサ
４２  水位センサ
５０  第２のポンプ
６０  マイクロコントロールユニット
【図１】
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【図２】
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